Hvilke fordeler for materialeutvikling gir additiv produksjon?

Nylige fremskritt innen teknologi og materialvitenskap har skapt nye muligheter, og additiv fremstilling blir stadig mer populær for hver dag som går. Et eksempel er Enigma-DED ( https://www.enigma-ded.com/), en leder innen avansert additiv fremstillingsteknologi. De bruker DED-teknikker (Directed Energy Deposition Method) og utvider bruken av disse i bransjen for additiv fremstilling. Den revolusjon som bruken av 3D-printere bringer til materialvitenskapen bidrar til overflatemodifikasjon av materialers mekaniske egenskaper, noe som gjør at forskere kan endre egenskaper, sammensetning og bruksområder for ulike materialer. Det skjer en rask økning i teknologien for additiv fremstilling som brukes til å modifisere og utvikle nye materialer. De nye materialene har ubegrensede potensielle anvendelsesmuligheter i ulike industrier.

Uten likeverdige muligheter for å modifisere materialer.

Additiv tilvirkning har en velfortjent ry som en av de mest innovative og avanserte teknologiene, hovedsakelig på grunn av dens ekstraordinære evne og potensial til å revolusjonere skapelsen av nye materialer. Materialvitenskapen har lenge vært begrenset i skapelse, forskning og modifisering av nye materialer på grunn av mangel på metoder for å bruke dem. I år, har tradisjonell tilvirkning brukt en homogen tilnærming til materialene. Denne tilnærmingen gjorde det utfordrende å blande materialer i tradisjonell tilvirkning. Strategiene i den nye tilnærmingen som brukes i tradisjonell materialvitenskap har revolusjonert feltet og åpnet nye muligheter innenfor det.

I dag fortsetter forbedringer og endringer innen additiv tilvirkning. En viktig fordel med additiv tilvirkning er hvordan den håndterer komplekse og tette oppsett av ulike metaller og forenkler tilvirkningsarbeidsflyten. I tillegg åpner hybridiseringen av metaller døren for innovativ konstruksjonsmaterialdesign.

Ta Enigma-DED som et eksempel på additiv fremstilling; den kan produsere nye ingeniørmaterialsystemer kalt «funksjonelt graderte materialer», som leveres som ett stykke. Man kan oppnå varierende grader – på en gradientlignende måte – av viktige strukturelle og funksjonelle egenskaper, som hardhet, varmebestandighet samt termisk og/eller elektrisk ledningsevne. For eksempel kan et midtstykke ha en varmebestandig keramisk kjerne med et fleksibelt metalldekk på utsiden. Denne personlige designtilnærmingen oppfyller ekstreme og spesialiserte ingeniørkrav, som for eksempel i luft- og romfartindustrien og medisinske enheter – spesielt når det gjelder lette, sterke og biokompatible metaller. Additiv fremstilling gir oss mulighet til å komme unna begrensningene fra tradisjonelle fremstillingsprosesser og materialer.

Designen og de iterative prosessene som følger med utviklingen av et nytt teknisk materiale er ofte komplekse og krevende. Vanligvis består prosessene av lange sykluser for produktutvikling, som er fylt med tidskrevende aktiviteter og arbeidsintensive operasjoner. Additiv fremstilling eliminerer disse tidskrevende aktivitetene og arbeidsintensive operasjonene gjennom rask prototyping og testprosesser på etterspørsel, noe som gjør arbeidsflyten ekstremt effektiv.

Ved Enigma-DED bruker vi additiv fremstilling til å teste ytelsen til nye metall- eller keramiske materialer på bare dager i stedet for uker, og vi gjør dette i små produksjonsbatcher. Vi tester materialenes ytelse når det gjelder styrke, korrosjonsmotstand og termisk stabilitet. I tillegg kan vi raskt lage og produsere justerte sammensetninger av materialer.

Denne evnen til rask iterasjon hjelper til å identifisere designfeil tidlig og integrere effektive endringer. Med hjelp av avanserte 3D-printteknologier, som Enigma-DEDs DED, reduseres tiden som kreves for en fullstendig syklus av et materials utvikling betydelig. Forkastede prototyper fører til tap av råmaterialer, men dette minimeres gjennom 3D-printing, som også reduserer den totale kostnaden for materialutviklingssyklusen.

Additiv fremstilling øker materialers ytelse gjennom kontroll av deres indre struktur

Ytelsen til et materiale er resultatet av en kombinasjon av faktorer: dets egenskaper, dens struktur og arkitekturen til den strukturen på mikro- og gitternivå. Med denne kunnskapen bruker Enigma-DED 3D-utskrift for å designe og produsere metall-3D-utskriftssystemer som sluttbrukeren kan kontrollere, noe som resulterer i materialer. Med denne kontrollen kan vi lage sofistikerte og komplekse mikrostrukturer med bundne korn som øker styrken med 30 % sammenlignet med metaller som er smidd ved mer tradisjonelle metoder.

En av de viktigste fordelene med additiv tilvirkning er muligheten til å kontrollere metallstrukturenes porøsitet. For eksempel kan additiv tilvirkning produsere sterke, lette metaller med små, jevnt fordelt porer – en egenskap som er ønskelig i bil- og luftfartssektoren. Metallstrukturene kan imidlertid også utformes til å være fullstendig massive, noe som er nyttig for medisinske implantater og luftfartskomponenter som må være helt tette. Denne kontrollen over porøsiteten forbedrer materialets ytelse og funksjonalitet. Lette, sterke og slitesterke strukturer laget for kundene til Enigma-DED demonstrerer disse fordelene.

Mer plastavfall unngås ved bruk av Enigma-DED

Enigma-DED bruker additiv tilvirkning som reduserer avfall. Ved tradisjonell tilvirkning går materiale tapt i hver fase av prosessen. Enigma-DEDs materiellspill gir høyere kostnader.

I motsetning til andre typer materialeprøving er avfallprosenten ved Enigma-DEDs prøving lavere enn 5 %. Andre prøvemetoder har avfallprosenter på 50 % eller mer. Tradisjonelle metoder kaster bort mye materiale, spesielt dyre elementer som titanlegeringer og avanserte keramikker. Enigma-DED-metoden sparer penger og andre ressurser ved å forkaste prøvestykkene etter testing.

Videre er overgangen fra prototyping av nye metaller eller keramikker til serieproduksjon med additiv fremstilling smidigere. Det er en konsekvent og jevn bruken av materiale. Det er ikke nødvendig å overestimere materialebehovet for å kompensere for ineffektiviteter. For eksempel når nye titanlegeringer for luftfartskomponenter produseres, er det ingen additiv fremstillingsprosess som krever trimming av materialer. Dette bidrar til å bevare utviklingen av nye materialer og senker den totale kostnaden for forskere.

Gjennom årene har omfanget av spesialiserte anvendelser for materialer utvidet seg

Superlegeringer, metaller og skjøre keramikker er avanserte materialer. I lang tid måtte spesialiserte anvendelser med avanserte materialer behandles på den tradisjonelle måten. Additiv tilvirkning endrer nå måten folk behandler avanserte materialer på.

Enigma-DED bruker additiv tilvirkning for å håndtere skjøre keramikker – materialer som vanligvis sprækker under vanlige bearbeidingsprosesser. Gjennom optimal temperaturkontroll, lagvis utskrift og mekanismer for å forhindre sprøbrudd løser additiv tilvirkning dette problemet, og skjøre keramikker kan nå brukes.

Videre tillater additiv fremstilling også utforming og produksjon av strålingsbestandige metaller for kjerneindustrien og varmebestandige superlegeringer for luft- og romfart. I kjerneindustrien forventes metallene å tåle hard stråling i lengre tid, og superlegeringene som brukes i luft- og romfart må opprettholde sin strukturelle integritet under høytemperaturopsjoner og tåle ekstreme værforhold. Additiv fremstilling løser en rekke problemer ved produksjon av spesialiserte materialer og takler utfordringer som har eksistert i ulike felt, som luft- og romfart samt produksjon av medisinske apparater.